18世纪后半叶，英国海军霸权引起的政治、经济后果使全欧洲各国领导人明白了海上力量的重要性。打破了海军战术老框框的霍雷肖·纳尔逊对海军战略思想有巨大影响，犹如拿破仑对陆战的影响。但是，凭藉纳尔逊的天才，海战艺术的实践，就当时的技术条件而言，已达到了最高限度。工业革命的到来，使海军摆脱了对于风力、对于原始而粗糙的舰炮的依赖，以至最后摆脱了旗语的严重束缚。
从特拉法尔加到汉普顿战役的56年间，海战发生了革命，其变化速度比过去的三个世纪要快，比随之而来的一个世纪的变化也不慢。纳尔逊于1805年10月21日在特拉法尔加用以击败法国海军上将皮埃尔·维莱努夫的战舰与两个世纪以前霍华德和德雷克在英国海峡击败梅迪纳·西多尼亚的战舰并无多少差别。1862年3月9日在汉普顿作战的不论哪艘船都能够单独消灭纳尔逊和维莱努夫的联合舰队。
1805年，两国最强大的海军舰队，准备在战争高潮中对阵一搏，以彻底夺取为其斗争了将近一个世纪的海上霸权和世界殖民地统治权。1805年10月21日，纳尔逊27艘战舰组成整列舰队，拦截了沿西班牙特拉法尔加海岬20英里处维莱努夫的33艘战舰。
原在加的斯的维莱努夫正按拿破仑命令驶往直布罗陀和地中海途中，当时这位皇帝正拟对奥地利发动胜利的乌尔姆-奥斯特利茨战役，要法国舰队攻击奥地利盟国那不勒斯以支援此战役。维莱努夫知道英国舰队离得不远，但他希望到达直布罗陀，在地中海实施支援之前，纳尔逊不至于识破他的意图。然而富有战略见识的纳尔逊立即掌握了这位法国海军上将的意图。当两舰队相望时，纳尔逊处于上风位置，法海军已无法回避战斗。
纳尔逊知道，在木质战舰对阵，舰队整列舷炮开火的情况下，要夺取决定性胜利是困难的。他在等待法国舰队的同时，一直思索着战术上如何对付此役。他曾给舰长们写过一份备忘录，提出了“以迫使敌人接战的方式获得决定性胜利……”这样一个总的战术计划。他对舰长们说，自由而灵活地向敌舰开火似乎最好，英国舰队成两列纵队，一队由他指挥，一队归副司令洛得·科林伍德海军上将指挥。纳尔逊准备攻击他设想的法军横列队形中部，并“赶在敌先头舰队进行援救之前压倒其后尾舰队。”纳尔逊在备忘录的结尾写了这样一段话，总结了他的战术：只要情况容许，副司令指挥舰队航行时应尽一切可能保持队形紧密有序，舰长们应把他们的特定队形作为集合点，如果见不到或不完全了解信号，舰长们就应指挥战舰与敌舰并进，这样做基本不会犯重大错误。
有两位美国海军历史学家曾写道：这备忘录之所以特别值得注意，是因为它充满着进攻精神，信任下级，简单明了，对胜利怀有充分信心。这备忘录之所以值得注意，还因为对英军海军战术家们关于混战对列阵战长期不休的争议，有所结论。纳尔逊发挥两者所长，他保持了战舰列阵的队形，有控制地接战，但他采用二列横队，以混战派所主张的形式打破敌编队，以最大火力袭击敌舰队中的部份兵力。
两个舰队互相靠近时，纳尔逊所在胜利号舰率英北线纵队冲向法国整列舰队的前卫，使法国人以为这是传统的一路纵队攻击。当时在桁端还挂起了信号旗表示：“英国希望每个士兵各司其职。”然后，当舰队将靠近目标，接近其火炮射击范围之际，他命令改变航向，冲向法军舰队中心，并发出了另外的信号：“靠近击敌”。
胜利号桁端上的信号旗一直张挂着，在激烈的战斗中才被打坏。在帆船时代，纳尔逊的战术已属完好，正象他在备忘录中写的那样：“与别的相比，海战中没有一件事情是确有把握的。”战斗结果，英国俘获了18艘法国和西班牙战船，而英国舰船未受损失。
然而英国亦遭受了可悲的损失。纳尔逊受了致命伤。二小时的战斗结束后不久，他就死去了。但是这损失也是英国的胜利。一个英雄在胜利中光荣战死，他的英名将永远生辉。但他的死去，对英国不会产生重大的影响，纳尔逊已经歼灭了法国海军，历史上，无论从战略和战术上讲，英国在最具有决定性意义胜利的大海战中，已建立起海上霸主的地位。
再者，工业革命引起了一连串事件，这些事件将很快消灭纳尔逊式的舰队，但消灭不了英国的海上霸权。1783年，法国第一次成功地在索恩河下水一艘蒸汽船，在特拉法尔加后不到二年，罗伯特·富尔顿发明的蒸汽船克莱蒙号在赫德森河上纽约、奥尔巴尼之间来回航行。
工业革命对于海战的重大影响不是在造船领域，而是首先在重型海军军械方面。最富有革命性的发明是环箍炮或套筒炮，与后一阶段发展的膛线世纪威力强大的海军火炮的过渡。
早在1829年，法国海军军官A·蒂埃里用铁箍紧套铸铁炮管，获得成功。1843年，哈佛大学的丹尼尔·特雷德韦尔教授用此法为美国政府制造了几门套筒炮。这环箍技术使炮管大大加强了应压强度，应力与发射药爆炸瞬间所产生的膨胀力和热力相对抗。仅用50或100多年前的铸造或锻冶技术来造这种炮是不可能的。并且，如果没有金属特性和膛内弹道学发展方面的知识，连套筒的作用也不会明白。看来这种方法实际上是知识增长、技术进步的直接产物，而不是迫于某种特殊需要而产生的，需要不是这项发明的缘由。
然而海军并不乐意采用套筒炮，却愿意用改进型铸铁炮。1851年，美国海军司令约翰·A·达尔格伦发展了一种五年后被海军采用的铸铁炮。达尔格伦炮是一种前装滑膛炮。它的明显特征是外形象啤酒瓶，那是因为设计上需要，在压力最大的部位使用了最厚的金属。1860年，美陆军少校托马斯丁·罗德曼，发明了空心铸件工艺，即围绕型芯进行铸炮，再以流水进行冷却，这是一个使炮膛内部先行硬化的方法，是早先套筒炮试验合乎逻辑的发展结果。外层金属冷却时向内缩拢，向已经硬化的内层继续加压。这样，发射药的爆炸力就为炮膛四周的整个厚金属层所吸收，而不是层层向外膨胀。空心铸件工艺曾应用于制造达尔格伦炮，在美国内战及以后的20年里，用这种方法制造了大部份美海军其它重型铸铁炮。达尔格伦大炮和罗德曼滑膛炮口径达15英寸，能有效地击穿美国南部邦联装甲舰的钢板。因而，在当时大家认为这是最好的炮。
1859年，英国海军部为对付即将下水的法国装甲舰光荣号，从著名的威廉·阿姆斯特朗炮厂定购了一大批40磅、70磅级的套筒炮。阿姆斯特朗炮具有三个先进特点：后装、套筒、有膛线。这种炮的炮弹上缠绕着软金属凸纹——螺旋突纹，啮合于来福线的凹槽之内。来福线提高了弹丸命中精度和末速，所以普遍认为线膛炮是对付装甲的一种办法。
套筒炮当时尚未引起足够注意，然而，来福线和套筒炮之间，有着密切的关系。来福线的设计主要用于提高命中精度，但因弹丸紧卡在来福线上，发射药爆炸时，炮管管壁的压力大为增加，炮管的拉伸张力更为紧张。细长形弹丸，是来福线的自然匹配物，使用细长形弹丸是为了增加射击距离，提高命中精度，位于发射药前的这种弹丸，惯性质量大于同直径的球形实心弹，结果，早期火炮常发生膛炸。炮管需要造得更为坚实，套筒炮制造术是个解决办法，虽然这一点一开始还不太明显。
大概就在这时，在埃森的克虏伯公司率先发展造炮钢铁，完善了酸性转炉炼钢法，他们提供的渗碳钢对发展新型火炮进一步作出了贡献。
与此同时，18世纪30年代后期和40年代，世界各国海军开始试验蒸汽发动机。海军人士除了传统上的保守主义外，还有两个原因阻碍着海军采用蒸汽机。第一，18世纪40年代以前蒸汽舰船的动力来自船体两侧的大型蹼轮。蹼轮不仅挤占了约三分之一的装置火炮的位置，而且推动蹼轮的机器往往暴露在外，易遭敌炮火损伤。其次，蒸汽船装一次燃料只能航行数百英里，而帆船能数月不进港，航行数千里之遥。
当1812年战争之际，罗伯特·富尔顿曾设计了一种蒸汽船，企图解决第一个问题。当时为突破英国对美国大西洋海岸的封锁，美国船迪莫洛格斯号设计成双船体间夹单蹼轮型式，蹼轮外层壁厚达五英尺。但该船在战争结束时尚未完工，从未在海上使用。以后二十多年，没有一家海军再要蒸汽船，只是在19世纪30年代中叶，出现过一艘样船，是把蒸汽作为篷帆的辅助手段设计的。
然后，在1837年，出生于瑞士的工程师约翰·埃里克森发明了螺旋桨。这样就及时解决了前述蹼轮问题，并容许将机器装置于舰船吃水线以下的舱室。美国海军上尉罗伯特·F·斯托克顿首先认识到这一点，当英国海军部拒绝试用螺旋桨时，斯托克顿劝导埃里克森到美国去帮助他设计一艘新型蒸汽船。
美国舰船普林斯顿号是世界上第一艘螺旋桨战舰，也是第一艘将机器置于吃水线以下部位的战舰。斯托克顿为普林斯顿号设计安装了两门十二英寸口径的大炮，在当时，至少在理论上这艘舰船的火力最为强大。聪明、乖僻，美国军事史上争论不休的人物斯托克顿拒绝就任泰勒总统的海军部长，目的是为了完成普林斯顿号和其他强大武器装备的制造。
埃里克森尤其才华横溢，可能是海军史上最伟大的设计家。他不仅发明了螺旋桨，成为军舰建造上的革命性创举，而且首次生产了大块锻铁和套筒炮——那就是装在普林斯顿号后甲板上的12英寸“俄勒冈”炮。他后来发明了大炮炮塔，并使美国第一艘铁壳舰班长号进入战斗，从而完成了战舰制造上的革命。
不久，这两位不寻常的人物之间产生了磨擦的火花，争论使他们后来的关系疏远了，主因是普林斯顿号上另一门12英寸火炮的设计和制造问题。这种炮，斯托克顿称作“调解人”，埃里克森反对斯托克顿用锻铁加工“调解人”炮管，认为那种方法会留下隐患而危及火炮。斯托克顿专横地撤销了埃里克森的职务，完成了火炮制造。当刚服役的普林斯顿号驶向华盛顿南边的波托马克河时，斯托克顿邀请了首都主要官员参观“调解人”火炮试射。
射击时火炮爆炸，当场炸死了国务卿、海军部长以及几名议员，而爆炸时站在炮旁边的斯托克顿竟不可思议地幸免于难。泰勒总统也未罹难。他在舱下正与贵宾们交谈，而夫人们正在斯托克顿准备的豪华餐室中便餐。调查委员会开脱了斯托克顿的罪责(他应负有责任)，授予他准将衔，成了海军的高级军官。他在墨西哥战争中，征服和平定加利福尼亚时与斯蒂芬·W·卡尼将军进行了剧烈的对抗。
尽管埃里克森的俄勒冈炮试射早巳成功，但美国海军还是禁止使用锻铁和套筒炮，冶金技术和火炮设计都遭受了严重挫折。
然而到18世纪50年代中期，铸铁炮逐步改良，与炮弹的改进相结合，使海军军械的威力大为增强。这在下述事件中表现尤为明显。1853年11月20日，装备有新型炮弹火炮的俄国海军中队，在锡诺普歼灭了土耳其舰队。这事件触发了克里米亚战争，表明改良的海军武器具有摧毁性的潜力，暴露了木船在这些武器的射击下的无比脆弱性。那场战争中，双方都匆忙成立了装甲浮动炮群，这些炮群后来都参加了克里米亚海战。按演进的规律，法国制造了装有装甲铁板的木船光荣号。当她1859年服役时，在英国引起一片恐慌。英国海军部被迫匆忙地制造了第一艘装甲战舰勇士号。到1860年，铁壳装甲舰才下水，并参加了次年的战争。
1862年3月8日，美国南部邦联军的一艘装甲舰才无可挽回地敲响了木质战舰的丧钟。
当弗吉尼亚1861年4月脱离联邦时，美国南部邦联军占领了诺福克海军军港。此港停泊着海军最现代化的舰船，装有50门大炮的蒸汽动力护卫舰梅里麦克号，因蒸汽锅炉尚未起动，此舰未能逃脱，船上官兵将船凿沉而逃，但南军把该船打捞出水面，以法国光荣号、英国勇士号为榜样，加强了该舰的结构，在船顶上装置了装甲炮塔，重新命名为CSS弗吉尼亚号。
在爆发内战的刺激下，美国海军研究了法国和英国的发明。海军部长吉迪恩·韦尔斯及其顾问们获悉南部邦联军在诺福克将梅里麦克号改装成弗吉尼亚号的情形后，很快认识到这种新装甲舰可能会冲破北部对南部的封锁，甚至沿波托马克河上驶威胁华盛顿，从而可能赢得战争。面对这个挑战，海军部迅速通过了约翰·埃里克森提出的全新舰艇设计方案。
埃里克森的设计是：军舰的船型较小，比较低矮，铁壳结构，具有装甲和装甲甲板，单个旋转的炮塔上装两门口径11英寸的达尔格伦滑膛炮。它比弗吉尼亚号上三门9英寸达尔格伦和两门6英寸、两门7英寸的线月中旬，吉迪恩·韦尔斯和埃里克森签订合同，在不可置信的101个工作日中，命名为班长号的新舰竟然落成。她在2月25日服役，3月6日自纽约出发进行试验巡航，这也是她投入切萨皮克湾战斗的试航。据悉，弗吉尼亚号几乎已准备就绪，所以，班长号拟参加北部联邦舰队对诺福克和詹姆斯河进行的封锁。
正如所料，3月8日，弗吉尼亚号在海军将军富兰克林·布坎南——前美国海军司令指挥之下，驶出诺福克，进入汉普顿，大约在三个小时占压倒优势的战斗中，弗吉尼亚号击沉了装有44门大炮的篷帆护卫舰国会号，21门炮的小型护卫舰坎伯兰号，以及重创其姊妹舰有五十门炮的螺旋桨护卫舰明尼苏达号，在这之前，她已搁浅。50门炮的螺旋桨驱逐领舰罗阿诺克号，44门炮的篷机护卫舰圣·劳伦斯号以及其他封锁中队的较小舰只命运相似，都逃到门罗堡警戒炮台附近的浅水区了。弗吉尼亚号用加农炮弹对敌轰击了整整一个下午。她本来能够经受住岸上炮兵的火力，但因装甲重量大，吃水深，南部邦联军舰队司令不愿意让舰船靠岸太近，而况，当弗吉尼亚号撞击国会号时，国会号下沉迅速，使弗吉尼亚号撞角断裂，稍有漏水，两门炮口的突出部撞击后已损坏，于是弗吉尼亚号回到诺福克，修复轻微损伤，加燃料后，准备于9日再次出击，以完成歼灭北部联邦海军封锁中队的任务。
那天晚上，班长号从纽约到达。这艘新舰航行颇为艰难，事实证明，她并不完全适宜于航海。上午九点，班长号在汉普顿与遭受攻击的北部联邦军舰船会师。于是，这战场象舞台，上演着将要永远改变海战样式的战斗话剧。班长号舰长中尉约翰·L·沃登，把自己的舰船抛锚停泊，利用军港直接保护搁浅的明尼苏达号。
第二天早晨，弗吉尼亚号出战，希冀突破包围，在班长号封锁之下寻求逃路。后四小时中，这两艘舰船在明尼苏达号附近机动，以大炮在直射距离上互相轰击，双方都未遭到严重损伤。班长号机动力超过笨拙的弗吉尼亚号，互射中似略占优势。最后，弗吉尼亚号搁浅了。如果此时，沃登中尉不是恰巧在低位驾驶舱狭长观察孔被击中受伤，南部舰只可能不是被击沉就是被俘获。事实上，弗吉尼亚号总算有了逃脱的可能，乘联邦舰只驾驶室暂时混乱之际，严重漏水的弗吉尼亚号退出战斗，缓慢费力地驶回了诺福克。
从战术上讲，这次战斗是一场平局，但从战略上看，班长号赢得了决定性胜利。联邦军又重新组织了封锁，而且从此再未遭受严重损失，但南部邦联军已注定要灭亡。
在内战中，海军首次使用的另外两项发展成果很有意义。第一项是潜艇，南部邦联军海军工程师对潜艇发展作出过重要贡献。直到该世纪交替之际，发明了汽油发动机和蓄电池，水下推力问题才不再是障碍。
第二项发展就是水雷(原称鱼雷)，也是在内战期间普遍使用的。南部用水雷保卫军港，加强海防，以对抗北部舰船，很奏效。南北双方都曾将水雷系在潜艇或其它小船的吊杆一端进行攻击。该世纪末，这些系在吊杆一端的鱼雷已改用自动压缩空气推进，就更具有威胁性，已成为现代鱼雷的原型。随后，世界各国海军出现了快速然而脆弱的鱼雷艇，紧接着出现了更大型更快速的鱼雷快艇驱逐舰。
美国内战中海军最重要的发展成果是班长号及其炮塔的建成，使海战进入了一个新的时代。那年下半年，不适于航行的班长号在哈特拉斯角附近暴风雨中搁浅，而其它装甲舰已参加了联邦海军。埃里克森和其他海军设计师把班长号上的旋转炮台，装置到适于航行的具有装甲船壳的其他舰船上，这样就很快解决了问题。
美国内战的经验打破了职业海军人员对于以铁代木建造舰只的怀疑和，实际上完成了早在内战爆发前早就开始的从篷帆向蒸汽的转变。美国内战是首次现代战争，战争中在海军建设、海上战争方面所表现的趋向，在下一世纪的世界大战中将得到体现。